KR102153196B1

KR102153196B1 - 고탄소 보론강 강재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102153196B1
Application number: KR1020180164150A
Authority: KR
Inventors: 손창영; 조현관
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-09-07
Also published as: KR20200075456A

Abstract

본 발명은 중량%로, C: 0.2~0.3%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 1.0~1.6%, Cr: 0.05~0.15%, B: 0.0005~0.005%, Ti: 0.005~0.05%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 하기 식 1 로 표현되는 탄소당량(Ceq)이 0.4~0.64 이며, 면적분율로, 마르텐사이트를 95% 이상, 제 2 상을 5% 미만으로 포함하는 미세조직으로 이루어지고, 강재 표면의 탄소농도(Cs)가 하기 식 2 를 만족하는 고탄소 보론강 강재 및 그 제조방법을 제공한다.
[식 1] Ceq(%)=[C]+[Mn]/5+[Cr]/9
(여기서, [C], [Mn], [Cr] 은 각 합금성분의 중량%이다.)
[식 2] 0.3 ≤ Cs ≤ 3/(10([C]+[Ceq]))
(여기서, Cs 는 강재 표면의 탄소농도이고, [C]는 탄소의 중량%, [Ceq]는 탄소당량(Ceq)이며, 3/10([C]+[Ceq])의 값은 0.33~0.5 사이의 값이다.)

Description

고탄소 보론강 강재 및 그 제조방법{HIGH CARBON BORON ADDED STEEL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 표면경도와 인성이 우수한 고탄소 보론강 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

고탄소 강재에서 발견되는 대표적인 미세구조는 펄라이트로서, 이러한 펄라이트 구조는 약 0.8 중량% 의 탄소를 함유하고 있으며, 경도와 강도가 높으나 깨지기 쉬운 특징을 가지는 조직이다. 탄소의 중량이 높을수록 강재 내에 펄라이트의 분율이 높아지며, 약 0.8 중량%에서는 전체 조직이 펄라이트 구조를 갖는 강재를 얻을 수 있다. 일반적으로 이러한 고탄소 강재는 열연 상태를 가공하여 부품으로 사용하기도 하지만, 담금질하여 매우 경한 마르텐사이트 조직으로 변태시켜 높은 경도를 확보하기도 한다. 그러나 마르텐사이트는 탄소 함량이 높을수록 높은 경도 향상을 갖지만, 이와 동시에 연성과 인성이 낮아지는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일반적으로 뜨임 처리를 통해 적합한 인성을 부여하고 있지만, 이 경우 강도 하락을 감내해야 한다.

마르텐사이트 강의 연성은 주로 탄소 함량에 의존하므로, 고탄소 강재의 범주에서 비교적 낮은 탄소 함량의 마르텐사이트 강을 개발하면 해당 강종의 기계적 성질에 있어 적당한 경도와 연신율 조합을 만족시킬 수 있다.

종래 기술로서 특허문헌 1 에는 빠른 냉각을 통해 낮은 탄소 함량의 마르텐사이트 강을 제조하는 방법이 알려져 있다. 하지만 이러한 빠른 냉각은 두꺼운 판재 형태의 강재에는 적용하기 어려우며, 경화능을 확보하기 위해서는 Cr, Mo, V 등의 고가의 합금 원소를 첨가할 필요가 있다. 따라서 고가의 합금 원소 첨가를 최소화하면서도 경화능이 우수한 고탄소 강재 개발이 요구되는 실정이다.

미국 특허번호 제10100391호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고가의 합금 원소의 첨가를 배제하면서도 경화능을 확보하고, 표면경도를 제어한 고탄소 보론강 강재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명 명세서의 전반적인 사항으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.2~0.3%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 1.0~1.6%, Cr: 0.05~0.15%, B: 0.0005~0.005%, Ti: 0.005~0.05%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 하기 식 1 로 표현되는 탄소당량(Ceq)이 0.4~0.64 이며, 면적분율로, 마르텐사이트를 95% 이상, 제 2 상을 5% 미만으로 포함하는 미세조직으로 이루어지고, 강재 표면의 탄소농도(Cs)가 하기 식 2 를 만족하는 고탄소 보론강 강재이다.

[식 1] Ceq(%) = [C]+[Mn]/5+[Cr]/9

(여기서, [C], [Mn], [Cr] 은 각 합금성분의 중량%이다.)

[식 2] 0.3 ≤ Cs ≤ 3/(10([C]+[Ceq]))

(여기서, Cs 는 강재 표면의 탄소농도이고, [C]는 탄소의 중량%, [Ceq]는 탄소당량(Ceq)이며, 3/10([C]+[Ceq])의 값은 0.33~0.5 사이의 값이다.)

상기 고탄소 보론강 강재는 표면경도가 상온에서 38~45HRC 이며, 충격인성이 20J 이상일 수 있다.

상기 미세조직은 마르텐사이트 단상으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면은 중량%로, C: 0.2~0.3%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 1.0~1.6%, Cr: 0.05~0.15%, B: 0.0005~0.005%, Ti: 0.005~0.05%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 하기 식 1 표현되는 탄소당량(Ceq)이 0.4~0.64 인 강 슬라브를 준비하고 950~1200℃로 가열한 후 열간압연하는 단계; 열간압연한 슬라브를 소정의 형상으로 가공하는 단계; 상기 가공하는 단계 후, 800~900℃ 온도범위에서 침탄열처리하고 상온까지 급랭하는 담금질하는 단계; 를 포함하고, 상기 담금질하는 단계에서의 침탄열처리는 하기 식 3 을 만족하는 평형탄소농도(CP) 분위기에서 이루어지는 고탄소 보론강 강재의 제조방법이다.

[식 1] Ceq(%) = [C]+[Mn]/5+[Cr]/9

(여기서, [C], [Mn], [Cr] 은 각 합금성분의 중량%이다.)

[식 3] 0.3 ≤ CP ≤ CPmax

(여기서, CPmax= 3/(10([C]+[Ceq])) 이고, [C]는 탄소 농도 중량%, [Ceq]는 탄소당량이며, 상기 CPmax는 0.33~0.5 사이의 값이다.)

본 발명에 따른 고탄소 보론강 강재는 고가의 합금원소를 첨가하지 않고서도 우수한 경화능을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 담금질 이후 별도의 뜨임(tempering) 처리를 생략할 수 있어 경제성이 우수한 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 고탄소 보론강 강재는 경도와 인성이 우수하여 구조용 강재로 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 고탄소 보론강 강재의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
도 2 는 발명예 1 및 비교예 1 의 표층부 직하 탄소 농도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 3 은 평형탄소농도(CP)를 55%로 적용한 비교예 3 의 표층부 단면 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.

본 발명자들은 고탄소 강재를 제조함에 있어, 탄소 함량에 따른 강판의 경도와 인성의 상향 방법에 대하여 연구를 수행하던 중, 특정 탄소 중량 이상에서 취성 파괴가 조장되어 인성이 저하되는 것을 확인하고, 이를 개선하기 위한 방안을 강구하였다.

이에 본 발명자들은 보론을 첨가하여 입계에너지를 낮추는 방법으로 고탄소강의 범주 내에서 비교적 낮은 탄소 함량의 마르텐사이트 강재를 제조하고, 표면 침탄 처리를 통해 표면경도를 높임으로써, 경도와 인성이 모두 우수한 고탄소 보론강 강재를 제조할 수 있음을 확인하고, 이에 기초하여 본 발명을 완성하였다.

이하에서는 먼저 본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 보론강 강재에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명에서 각 원소의 함량을 나타낼 때 특별히 달리 정하지 아니하는 한, 중량%를 의미한다는 것에 유의할 필요가 있다. 또한, 결정이나 조직의 비율은 특별히 달리 표현하지 아니하는 한 면적을 기준으로 한다.

먼저 본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 보론강 강재는 C: 0.2~0.3%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 1.0~1.6%, Cr: 0.05~0.15%, B: 0.0005~0.005%, Ti: 0.005~0.05%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

C: 0.2~0.3%

탄소(C)는 강의 강도 확보를 위해 첨가되는 필수적인 원소이며, 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.2% 이상 포함되어야 한다. 반면 C 함량이 0.3%를 초과할 경우, 펄라이트 내 탄화물을 형성하여 석출물과의 상간 정합성을 저하시켜 열간압연성 및 상온연성이 저하되며, 또한 담금질 처리시 마르텐사이트의 강도를 급격히 증가시켜 연성을 감소시키는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서 C 함량은 0.2~0.3%로 제한할 수 있다.

Si: 0.1~0.3%

실리콘(Si)은 고용강화 효과와 함께 펄라이트 층상을 안정화시켜 강도저하를 억제하는 역할을 하며, 상기 효과를 얻기 위해 0.1% 이상 첨가될 수 있다. 반면, 다량 첨가 시 연신율을 저하시킬 수 있으므로, 본 발명에서는 Si 함량을 0.3% 이하로 제한하였다.

Mn: 1.0~1.6%

망간(Mn)은 고용강화 효과와 함께 경화능 향상원소로 강 중 고용 황을 망간황화물로 석출시켜 황에 의한 적열취성을 방지하는 역할을 하며, 상기 효과를 얻기 위해 1.0% 이상 포함될 수 있다. 하지만 1.6%를 초과하는 범위에서는 냉간압연성이 열위해질 뿐만 아니라 중심 편석에 의한 가공성이 저하가 우려되므로, 상기 Mn의 함량은 1.0~1.6%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

Cr: 0.05~0.15%

크롬(Cr)은 망간과 마찬가지로 강의 경화능을 향상시키는 원소로서 열처리 시 충분한 강의 경화능 향상 효과를 얻기 위해서 0.05% 이상 첨가될 필요가 있다. 하지만 0.15%를 초과하는 범위에서는 재가열에 의한 세멘타이트 분해가 지나치게 늦어 미고용 시멘타이트가 형성될 수 있고, 이로 인해 경도 저하가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에서 상기 Cr 함량은 0.05~0.15%로 제한할 수 있다.

B: 0.0005~0.005%

보론(B)은 본 발명에서 경화능 및 입계 강화원소로 작용하며, 그 함량이 0.0005% 미만일 경우 열처리 시 보론원자들의 입계편석에 의한 입계강화 효과나 경화능 개선효과가 미흡하다. 반면에 B 함량이 0.005%를 초과하면 입계에 보론 탄화물이 석출하여 입계강도가 저하된다. 따라서 본 발명에서 상기 B 함량은 0.0005~0.005%로 제한할 수 있다.

Ti: 0.005~0.05%

티타늄(Ti)은 강 중에서 질소와 결합하여 티타늄 질화물(TIN)을 형성한다. 이 질화물은 고온에서 매우 안정하며, 오스테나이트 입계에 생성되어 오스테나이트 입자의 성장을 억제시켜 조직을 미세화시키는 역할을 한다. Ti 함량이 0.005% 미만으로 적으면 이러한 효과를 나타낼 수 없고, 첨가량이 0.05%를 초과하면 조대한 티타늄 질화물이 과도하게 석출되어 인성을 감소시키는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에서 상기 Ti 함량은 0.005~0.05%로 제한할 수 있다.

상기 언급된 합금원소 이외에 나머지는 철(Fe) 성분이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주의 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수 없다. 이들 불순물들은 통상의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에, 그 모든 내용을 상세히 언급하지 않는다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 보론강 강재의 미세조직은 마르텐사이트를 95% 이상, 제 2 상을 5% 미만으로 포함하는 미세조직으로 이루어질 수 있다. 여기서 제 2 상은 마르텐사이트 외 기타 상으로서, 예를 들어 페라이트, 펄라이트, 베이나이트, 잔류 오스테나이트, MA 등을 들 수 있다. 또한 비제한적인 일 구현례로서 마르텐사이트 단상 조직으로 이루어질 수도 있다.

또한 본 발명의 일 측면에 따른 고탄소 보론강 강재는 하기 식 1 표현되는 탄소당량(Ceq)이 0.4~0.64을 만족할 수 있으며, 상기 탄소당량과 관련되어 강재 표면의 탄소농도(Cs)가 하기 식 2 를 만족할 수 있다.

[식 1] Ceq(%) = [C]+[Mn]/5+[Cr]/9

(여기서, [C], [Mn], [Cr] 은 각 합금성분의 중량%이다.)

[식 2] 0.3 ≤ Cs ≤ 3/(10([C]+[Ceq]))

(여기서, Cs 는 강재 표면의 탄소농도이고, [C]는 탄소의 중량%, [Ceq]는 탄소당량(Ceq)이며, 3/(10([C]+[Ceq]))의 값은 0.33~0.5 사이의 값이다.)

본 발명자들은 표면 경화가 필요한 소재에 적용하기 위하여 침탄 열처리를 연구한 결과, 강재 표면의 탄소농도(Cs)가 높을수록 표면 경화에는 유리하나, 표면 균열이 쉽게 발생하고 강재의 충격인성이 열위할 경우 취성파괴가 현저하게 악화되어 발현되는 것을 확인하였다. 이에 대해 좀 더 깊이 연구한 결과 강재의 탄소 농도와 탄소당량을 고려하여 강재 표면의 탄소농도를 적정범위로 제어하면 높은 수준의 경도 및 인성을 확보할 수 있다는 점을 발견하고, 상기 식 2 의 조건을 도출하였다. 상기 식 2 에서 상한값인 3/(10([C]+[Ceq]))는 강재 탄소농도 및 탄소당량을 고려할 때 0.33~0.5 범위를 가질 수 있다. 또한 강재 표면의 탄소 농도(Cs)는 제조방법 중 침탄열처리 시 적용된 평형탄소농도와 실질적으로 동일할 수 있다.

상술한 합금조성, 미세조직 및 표면 탄소농도를 가지는 고탄소 보론강 강재는 표면경도가 상온에서 38~45HRC 이며, 충격인성이 20J 이상을 만족하여, 우수한 표면경도 및 인성 특성을 가질 수 있다.

다음으로 본 발명의 다른 일 측면에 따른 고탄소 보론강 강재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 고탄소 보론강 강재의 제조방법은 상술한 합금조성 및 탄소당량을 만족하는 강 슬라브를 가열 및 열간압연하는 열간압연 단계, 열간압연한 슬라브를 가공하는 가공 단계, 및 가공 이후 침탄열처리 하고 급랭하는 담금질 단계를 포함할 수 있다.

열간압연 단계

먼저 상술한 합금조성 및 탄소당량을 가지는 강 슬라브를 준비하고, 상기 슬라브를 950~1200℃로 재가열하고 열간압연한다. 가열온도가 950℃ 미만일 경우 압연판의 온도가 지나치게 빨리 냉각되어 압연부하가 많이 발생하며, 1200℃ 초과일 경우 스케일 발생량의 증가로 표면 품질이 나빠진다.

열간압연 조건은 특별히 한정하지 않으나, 비제한적인 일 구현례로서 가열한 슬라브를 800℃ 이상의 온도에서 목표 두께로 마무리 열간 압연한 후 580~640℃의 온도 범위에서 권취할 수 있다.

가공 단계 및 담금질 단계

열간압연 이후, 열연판재를 절판가공 및 프레스 성형을 통해 부품 형상과 같은 소정의 형상으로 가공한다. 본 발명에서 가공방법은 특별히 제한하지 않으며 통상의 제조 공정이라면 모두 가능하다.

상기 소정의 형상으로 가공된 소재를 800~900℃ 온도범위에서 가열하고 상온까지 급랭하는 담금질 처리를 실시한다. 담금질 가열온도가 900℃ 를 초과하면 오스테나이트 결정입도가 급격하게 증가하여 충격특성이 저하되게 된다. 반면에 가열온도가 800℃ 미만이면 담금질 후 소재 내부에 미고용 시멘타이트가 증가하여 강도 저하의 원인이 된다. 한편 본 발명에서 가열시간 및 냉각은 별도로 한정하지 않을 수 있으며, 담금질 처리에서 통상적으로 적용되는 조건을 적용할 수 있다.

한편, 보다 높은 수준의 경도 및 인성을 확보하기 위해서는 담금질 분위기를 제어할 필요가 있으며, 보다 구체적으로 가열 시의 평형탄소농도(CP, Carbon potential)를 하기 식 3 을 만족하도록 제어하는 것이 바람직하다. 상기 평형탄소농도는 담금질 후 강판의 표면탄소농도와 직접적으로 관련되는 조건으로서, 탄소당량이 0.4~0.64 인 고탄소 보론강의 경우 평형탄소농도를 하기 식 3 을 만족하도록 제어하면, DN-50CRV4와 동등 수준의 경도 및 인성을 확보할 수 있다.

[식 3] 0.3 ≤ CP ≤ CPmax

또한 상기 식 3 의 CPmax 는 식 2 의 강재 표면의 탄소 농도(Cs)의 상한값인 3/(10([C]+[Ceq]))과 실질적으로 동일할 수 있다.

침탄열처리 시에 평형탄소농도를 상기 식 3 을 통해 적정범위로 제어하면 식 2 를 만족하는 강재 표면의 탄소농도(Cs)를 얻을 수 있어 높은 수준의 경도 및 인성을 확보할 수 있다. 또한 본 발명에서는 강재의 탄소 함량에 따라 상기 식 3 을 통해 침탄열처리 시의 평형탄소농도 범위를 한정함으로써 충격인성이 낮은 모재의 경우에도 적극적인 침탄 열처리를 통한 취성파괴의 조장을 억제할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

먼저 표 1 의 조성을 가지는 슬라브를 준비하고, 상기 슬라브를 하기 표 2 의 조건에 따라 열간압연하여 판재를 제조하였다. 그 후 하기 표 2 의 조건에 따라 880~950℃ 온도범위에서 가열하고 담금질한 후, 상온에서 경도 및 충격인성 값을 측정하였고, 그 결과를 표 2 에 함께 나타내었다.

또한 미세조직을 관찰하고, 표면으로부터 깊이 방향으로 탄소함량을 측정하여, 강재의 탄소함량 대비 110% 이상이 되는 지점의 깊이를 측정하여 그 결과를 표 2 에 나타내었다.

강종	화학조성 (wt%)						Ceq. (%)	CPmax
강종	C	Si	Mn	Cr	B	Ti	Ceq. (%)	CPmax
강A	0.22	0.19	1.1	0.12	0.0021	0.019	0.45	0.45
강B	0.24	0.18	1.1	0.10	0.0018	0.018	0.47	0.42
강C	0.28	0.19	1.5	0.10	0.0017	0.022	0.59	0.34
강D	0.18	0.20	0.8	0.02	0.0019	0.021	0.34	0.57
강E	0.32	0.19	1.7	0.11	0.0020	0.024	0.67	0.30

구분	강종	경화깊이 (㎛)	Cs (wt%)	담금질 조건		경도 (HRC)	충격인성 (J)
구분	강종	경화깊이 (㎛)	Cs (wt%)	온도(℃)	평형탄소농도	경도 (HRC)	충격인성 (J)
발명예1	강A	481	0.41	880	0.4	41.5	27.1
비교예1	강A	491	0.55	880	0.55	43.7	19.7
비교예2	강A	532	0.54	950	0.55	44.3	18.9
발명예2	강B	496	0.35	880	0.34	41.8	27.4
비교예3	강B	482	0.54	880	0.55	44.8	17.5
비교예4	강B	520	0.54	950	0.55	45.3	16.6
발명예3	강C	484	0.34	880	0.34	44.7	21.3
비교예5	강C	487	0.39	880	0.40	45.6	18.8
비교예6	강D	517	0.40	880	0.40	37.6	35.2
비교예7	강E	515	0.34	880	0.34	47.3	17.0

상기 표 2 에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조건을 만족하는 발명예 1 내지 3 은 경도가 38~45HRC이며 충격인성이 20J 이상으로서, 표면경도 및 인성이 모두 우수한 것을 확인할 수 있다. 특히 강 중 보론의 첨가는 담금질을 할 때 B의 입계 편석에 의한 경화능의 향상효과를 충분히 활용하기 위함이며, 고탄소 보론강에서 적절한 Mn 및 Cr 첨가 및 평형탄소농도에서 담금질 처리 시에 적절한 경도 및 인성을 가지는 고탄소 보론강을 갖는 것을 확인하였다.

한편 비교예 1, 3 의 경우 합금조성은 본 발명의 조건을 만족하는 강종이 적용되었으나, 평형탄소농도가 0.55로 높아 경도는 높아지지만 표면에서의 균열 생성 및 전파가 용이하여 충격값이 낮아졌고, 비교예 2, 4 의 경우 여기에 가열온도도 높아 충격인성이 더욱 열위해진 것을 확인하였다.

또한 비교예 5 의 경우 합금조성은 본 발명의 조건을 만족하는 강종 C 가 적용되었으나, 평형탄소농도가 CPmax 를 초과하여 충격인성이 낮았다. 또한 비교예 6 은 성분범위가 본 발명의 합금조성의 하한을 밑돌아 경도가 낮았으며, 비교예 7 은 C 함량이 초과되어 경도가 지나치게 높아졌고, 또한 탄소당량 및 CPmax 값에 영향을 주어 충격특성이 열위해짐을 확인할 수 있었다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의기술자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

중량%로, C: 0.2~0.3%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 1.0~1.6%, Cr: 0.05~0.15%, B: 0.0005~0.005%, Ti: 0.005~0.05%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 하기 식 1 로 표현되는 탄소당량(Ceq)이 0.4~0.64 이며,
면적분율로, 마르텐사이트를 95% 이상, 제 2 상을 5% 미만으로 포함하는 미세조직으로 이루어지고,
강재 표면의 탄소농도(Cs)가 하기 식 2 를 만족하며,
표면으로부터 깊이방향으로 강재의 탄소함량 대비 110% 이상인 경화깊이는 496㎛ 이하인 고탄소 보론강 강재.
[식 1] Ceq(%)=[C]+[Mn]/5+[Cr]/9
(여기서, [C], [Mn], [Cr] 은 각 합금성분의 중량%이다.)
[식 2] 0.3 ≤ Cs ≤ 3/(10([C]+[Ceq]))
(여기서, Cs 는 강재 표면의 탄소농도이고, [C]는 탄소의 중량%, [Ceq]는 탄소당량(Ceq)이며, 3/10([C]+[Ceq])의 값은 0.33~0.5 사이의 값이다.)
제 1 항에 있어서,
상기 고탄소 보론강 강재는 표면경도가 상온에서 38~45HRC 이며, 충격인성이 20J 이상인 것을 특징으로 하는 고탄소 보론강 강재.
제 1 항에 있어서,
상기 미세조직이 마르텐사이트 단상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고탄소 보론강 강재.
중량%로, C: 0.2~0.3%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 1.0~1.6%, Cr: 0.05~0.15%, B: 0.0005~0.005%, Ti: 0.005~0.05%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 하기 식 1 로 표현되는 탄소당량(Ceq)이 0.4~0.64 인 강 슬라브를 준비하고 950~1200℃로 가열한 후 열간압연하는 단계;
열간압연한 슬라브를 소정의 형상으로 가공하는 단계;
상기 가공하는 단계 후, 800~900℃ 온도범위에서 침탄열처리하고 상온까지 급랭하는 담금질하는 단계;
를 포함하고,
상기 담금질하는 단계에서의 침탄열처리는 하기 식 3 을 만족하는 평형탄소농도(CP) 분위기에서 이루어지는 고탄소 보론강 강재의 제조방법.
[식 1] Ceq(%)=[C]+[Mn]/5+[Cr]/9
(여기서, [C], [Mn], [Cr] 은 각 합금성분의 중량%이다.)
[식 3] 0.3 ≤ CP ≤ CPmax
(여기서, CPmax= 3/(10([C]+[Ceq])) 이고, [C]는 탄소 농도 중량%, [Ceq]는 탄소당량이며, 상기 CPmax는 0.33~0.5 사이의 값이다.)